Введение к работе
з
Актуальность темы. Люцерна {Medicago L.) в качестве кормовой культуры широко распространена по всему миру, в том числе в зонах умеренного климата. Она является одной из наиболее ценных кормовых культур, так как весьма богата белком, витаминами и минеральными веществами. Однако кормовая масса люцерны содержит некоторые химические вещества (антипитательные, или антиметаболические), которые могут приводить к заболеваниям и даже гибели сельскохозяйственных животных (Howarth, 1988). Наиболее существенной отрицательной особенностью люцерновых кормов является их способность вызывать повышенное пенообразование в пищеварительном тракте жвачных животных, что приводит к серьёзному заболеванию - тимпании, или вспучиванию жвачных. Miltimore et al. (1970) обнаружили высокую корреляцию между возникновением тимпании и концентрацией так называемой белковой фракции 18S (по коэффициенту седиментации). Однако более поздние исследования (Majak et al., 1995) не подтвердили эти результаты. Было выдвинуто предположение о том, что повышенное пенообразование от люцерновых кормов частично обусловлено присутствием в них таких продуктов вторичного метаболизма растений, как сапонины (Lindahl et al., 1957; Klita et al., 1996). Кроме того, сапонины могут вызывать и другие отрицательные реакции организма животных, например, снижать рост и яйценоскость домашней птицы (Bondi et al., 1973).
Предотвращению тимпании могут способствовать конденсированные фенолы (танины) за счет снижения пенообразования в рубце жвачных животных (Lees, 1992; Tanner et al., 1995). Однако танины при высоком их содержании в кормовой массе могут понижать перевариваемость белка и сухой массы жвачными животными (Barry, 1989).
Кормовая масса люцерны характеризуется также наличием такого класса вторичных метаболитов, как фитоэстрогены (изофлавоноиды и кумарины), названные так за способность производить у животных
4 эстрогенный эффект, часто приводящий к нежелательным последствиям для их репродуктивной системы (Moule et al., 1963). Флавоноиды и фенолкарбоновые кислоты, вероятно, не представляют прямой угрозы здоровью и жизни сельскохозяйственных животных, потребляющих корма из люцерны, но также могут ухудшать вкусовые качества кормов (Howarth, 1988).
Для многолетних видов люцерны, как для перекрёстноопыляющихся культур, характерен высокий уровень внутрипопуляционнои изменчивости по биохимическим признакам (Иванов, Гаврилюк, Эгги, 1979; Полякова, Ершова, 2000). В связи с вышеизложенным, актуально изучить эту изменчивость по антипитательным биохимическим признакам, оказывающим наиболее существенное влияние на эффективность использования люцерновых кормов, а также связь этих признаков с одним из основных показателей качества кормовой массы - содержанием белка. Мы попытались также высказать свои соображения по наиболее эффективной форме отбора растений в ходе селекции на качество вегетативной массы люцерны.
Цели и задачи исследования. Целью настоящей работы является характеристика закономерностей внутрипопуляционнои изменчивости содержания антипитательных веществ на примере двух селекционных популяций люцерны посевной, или синей {Medicago sativa L.) для более эффективной селекции на качество.
В задачи исследования входило:
определить на уровне индивидуальных растений содержание основных антипитательных веществ (сапонины, фитоэстрогены) и величину показателя пенообразования, а также некоторых других вторичных соединений, присутствие которых может оказать существенное влияние на формирование антипитательных свойств люцерны (танины, флавоноиды и фенолкарбоновые кислоты) для двух взятых в изучение селекционных популяций люцерны;
5 выявить закономерности внутрипопуляционной изменчивости у двух селекционных популяций люцерны по содержанию белка и важнейших антипитательных факторов для обоснованного формирования селекционного материала (селекционной популяции).
Научная новизна. Впервые для люцерны, произрастающей в условиях Северо-Западного региона, выявлены закономерности внутрипопуляционной изменчивости по содержанию белка и важнейшим антипитательным факторам. Показано, что внутрипопуляционное распределение растений люцерны по содержанию антипитательных соединений характеризуется преобладанием растений с относительно невысоким содержанием данных веществ при наличии малочисленных групп растений с их высоким содержанием. Установлено, что содержание сапонинов в растениях исследованных популяций люцерны достоверно коррелирует со способностью зелёной массы к пенообразованию, т.е. может влиять на заболеваемость жвачных животных тимпанней.
Практическая значимость работы. Полученные данные о закономерностях внутрипопуляционной изменчивости у люцерны посевной по содержанию белка и важнейших антипитательных веществ позволят более эффективно вести селекцию культуры на улучшение питательных (кормовых) свойств. В частности: выделять в селекционной популяции группу растений со стабильным содержанием белка или определённых важных для целей селекции антиметаболитов и вести селекционную работу, формируя популяцию на основе выделенных генотипов. Для оценки большого числа растений предложен экспресс-метод определения содержания основных антипитательных соединений люцерны с использованием инфракрасной спектроскопии.
Апробация работы. Результаты работы доложены и обсуждены на научно-практических конференциях аспирантов и молодых ученых ГНУ ГНЦ РФ ВИР им. Н.И. Вавилова в 1996 и 1998 гг., на совещаниях отделов
6 биохимии и молекулярной биологии и генетических ресурсов кормовых культур ГНУ ГНЦ РФ ВИР им. Н.И. Вавилова.
Публикации. По материалам диссертации опубликованы 4 работы.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, двух глав (отражающих результаты исследования и их обсуждение), выводов, списка литературы, включающего 94 наименования, в том числе 75 иностранных, и приложения. Диссертация изложена на 104 страницах, иллюстрирована 8 таблицами и 25 рисунками.
